一種電動車驅動橋及其驅動調速方法與流程

本發明屬于汽車工程技術領域，涉及一種電動車驅動橋，還涉及上述驅動橋的驅動調速方法。

背景技術：

目前，隨著電池技術、控制技術和電機技術的發展，電動汽車的發展如火如荼，零排放、電能來源廣泛和永不枯竭、能量利用率高等突出優勢，尤其在現代城市公交和短距離交通場合具有內燃汽車無法比擬的優點，成為現代汽車行業發展的一個重要分支。

根據我國新能源汽車的發展戰略，純電動汽車，尤其是大型純電動公交、觀光車輛的研發和推廣，可以大幅改善城市交通擁堵、減少汽車排放、改善環境衛生、降低噪音等等。

電動汽車相對于傳統的內燃機汽車而言，在動力總成、傳動和車輛內部總體布置方面具有較大的差異，現有的電動汽車的動力總成多以單一電機經離合器、減速器、差速器、半軸的形式，也有采用分動器將電動機和內燃機進行復合，形成串聯或并聯的混合動力汽車形式，這種電動汽車的動力總成與傳統的內燃機汽車相近，對控制部分的要求相對較低，是一種很好的電動車動力解決方案，現在城市、縣際、市際等行駛線路相對固定的公交和觀光車輛中應用較多。

在純電動汽車的動力總成方面出現了幾種新的發展方向，一是完全摒棄了內燃機汽車的燃油動力總成，采用多個輪轂電機單獨驅動多個驅動輪的形式；另一是采用單個電機經調速、換向和差速等多個傳動環節之后向多個驅動輪進行動力分配。

相比之下，第一種方案中的多個輪轂電機的驅動方式不受布置空間和傳動路線的限制，具有突出的優勢，已經成為純電動汽車的一個重要發展方向和研究的熱點；但是也受到了啟動難、差速難、電機功率大、驅動力矩控制與轉換控制難度大等限制，目前輪轂電機驅動方式僅用于單輪驅動的兩輪電動車中。第二種方案中的采用單個電機經傳動、調速、換向、輪轂電機的形式，對于兩輪驅動或多輪驅動的電動汽車采用現有的內燃機汽車的傳動形式和底盤技術方面更具優勢。因此，在單電機驅動形式中，眾多研究機構和科研院所專注于新型電機的設計與控制研究，永磁無刷直流電機、開關磁阻電機、交流伺服永磁開關磁通電機等新型電機在電動車的使用中，表現出了功率密度大、低速大力矩的優勢，新的轉矩和轉速控制方法，使電機的調速魯棒性大大增強；永磁無刷直流電機除了在驅動、調速方面具有較高優勢之外，在包括制動能量回收方面也是具有良好表現。但是考慮到電動汽車可能會面臨的加速超車、爬坡、牽引等多種復雜工況，單電機的設計功率大，調速范圍廣，從而使得電機的設計難度大，能耗高，發熱量大。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種電動車驅動橋，采用兩個電機分時工作和不同形式的組合輸出，在降低整車的正常使用能耗的同時，可以適應多種復雜工況。

本發明的另一個目的是提供上述驅動橋的驅動調速方法。

本發明所采用的第一種技術方案是，一種電動車驅動橋，兩個車輪之間依次同軸連接有主旋變、主電機、行星輪系、差速器、調速旋變，差速器外同軸套接有調速電機，主電機與其中一個車輪通過左橋殼連接，調速電機的兩端分別與行星輪系和調速旋變連接，調速旋變與另一個車輪通過右橋殼連接；其中，行星輪系包括中心輪、四個行星輪、內齒圈和行星架；行星架將四個行星輪均布在中心輪的外側和內齒圈的內側，中心輪與主電機連接，內齒圈與調速電機連接，行星架與差速器連接。

本發明第一種技術方案的特點還在于：

主電機包括主電機軸，主電機轉子通過鍵周向固定在主電機軸上，主電機軸通過軸承分別連接有主電機左蓋和主電機右蓋，主電機左蓋和主電機右蓋通過螺栓連接在主電機殼的兩端，主電機定子通過鍵固定在主電機殼的內孔中，主電機軸的一端布置中心輪，主電機軸與中心輪固定連接，主電機軸的另一端與主旋變連接。

主電機包括主電機軸，主電機轉子通過鍵周向固定在主電機軸上，主電機軸通過軸承分別連接有主電機左蓋和主電機右蓋，主電機左蓋和主電機右蓋通過螺栓連接在主電機殼的兩端，主電機定子通過鍵固定在主電機殼的內孔中，主電機軸的一端布置中心輪，主電機軸與中心輪固定連接，主電機軸的另一端與主旋變連接。

調速電機包括調速電機轉子和調速電機定子，調速電機轉子的左端與內齒圈連接，調速電機定子、調速電機轉子的右端與調速旋變連接。

調速旋變包括調速旋變轉子和調速旋變定子，調速旋變轉子與調速電機轉子連接，調速旋變定子、調速電機定子均與右橋殼連接。

主旋變包括主旋變轉子和主旋變定子，主旋變轉子和主電機轉子同軸與主電機軸連接，主旋變定子與主電機左蓋連接。

本發明所采用的第二種技術方案是，一種電動車驅動橋的驅動調速方法，啟動時，調速電機不輸出動力，主電機的動力輸出經差速器輸出至左半軸和右半軸，最后驅動車輪轉動；

加速或爬坡時，主電機和調速電機一起工作，兩個電機的輸出功率經行星輪系疊加之后，再經差速器輸出至左半軸和右半軸，最后驅動車輪轉動

在制動或下坡時，主電機和調速電機一起工作，調速電機反轉，兩個電機的輸出功率經行星輪系相減之后，經差速器輸出至左半軸和右半軸，最后驅動車輪轉動。

本發明的有益效果是：本發明一種電動車驅動橋及其驅動調速方法，通過電機伺服驅動控制器的不同控制策略實現主電機和調速電機的聯合運轉或者分時運轉，通過行星輪系將主電機、調速電機和差速器連接在一起，實現兩個設計功率較小的電機進行分時功率輸出或組合功率輸出，以適應不同的行駛工況，可以最大限度的降低能耗、減少發熱損耗；通過兩個電機的調速、換向、制動實現電動汽車的加速、倒車、前進和制動等功能；本發明充分利用行星輪系實現了主電機、調速電機和差速器傳遞和減速變速功能，將兩個電機和差速器的直連直驅，去除了聯軸器、傳動軸等連接元件，減少了殼體的數量、體積，減少了軸承、螺栓和密封件的數量，降低了動力傳遞的功率損耗，簡化了傳動結構。

附圖說明

圖1是本發明一種電動車驅動橋的結構示意圖；

圖2是本發明電動車驅動橋驅動調速的工作原理圖。

圖中，1.主電機，1-1.主電機定子，1-2.主電機轉子，1-3.主電機殼，1-4.主電機左蓋，1-5.主電機右蓋，1-6.主電機軸，

2.行星輪系，2-1.中心輪，2-2.行星輪，2-3.內齒圈，2-4.行星架，

3.差速器，3-1.十字軸，3-2.錐齒輪，3-3.差速器殼，3-4.半軸齒輪，

4.主旋變，4-1.主旋變轉子，4-2.主旋變定子，

5.調速電機，5-1.調速電機轉子，5-2.調速電機定子，

6.調速旋變，6-1.調速旋變定子，6-2.調速旋變轉子，

7.左橋殼，8.左半軸，9.車輪，10.右橋殼，11.右半軸。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明進行詳細說明。

本發明一種電動車驅動橋，如圖1、2所示，兩個車輪9之間依次同軸連接有主旋變4、主電機1、行星輪系2、差速器3、調速旋變6，差速器3外同軸套接有調速電機5，主電機1與其中一個車輪9通過左橋殼7連接，調速電機5的兩端分別與行星輪系2和調速旋變6連接，調速旋變6與另一個車輪9通過右橋殼10連接。

主電機1和調速電機5同軸并列布置，且均采用內轉子式電機；主旋變4和調速電機5布置在主電機1的兩側，調速旋變6布置在調速電機5的右側，差速器3內嵌在調速電機5的內部。

其中，行星輪系2包括中心輪2-1、四個行星輪2-2、內齒圈2-3和行星架2-4；行星架2-4將四個行星輪2-2均布在中心輪2-1的外側和內齒圈2-3的內側，中心輪2-1與主電機1連接，內齒圈2-3與調速電機5連接，行星架2-4與差速器3連接。

主電機1包括主電機軸1-6，主電機軸1-6采用空心階梯齒輪軸結構，主電機轉子1-2通過鍵周向固定在主電機軸1-6上，主電機軸1-6通過軸承分別連接有主電機左蓋1-4和主電機右蓋1-5，主電機左蓋1-4和主電機右蓋1-5通過螺栓連接在主電機殼1-3的兩端，主電機定子1-1通過鍵固定在主電機殼1-3的內孔中，主電機軸1-6的一端布置中心輪2-1，主電機軸1-6與中心輪2-1固定連接，主電機軸1-6的另一端與主旋變4連接，主電機殼1-3的左端經主電機左蓋1-4與左橋殼7相連。

差速器3包括差速器殼3-3，差速器殼3-3分為左右兩部分，差速器殼3-3的左部分與行星架2-4連接，差速器殼3-3的右部分通過軸承與右橋殼10連接，左右兩部分的差速器殼3-3之間封裝有十字軸3-1，十字軸3-1的四個分叉上各裝有一個錐齒輪3-2，兩個半軸齒輪3-4左右相對安裝在四個錐齒輪3-2的兩端，其中一個半軸齒輪3-4通過穿過主電機軸1-6的左半軸8與其中一個車輪9連接，另一個半軸齒輪3-4通過右半軸11與另一個車輪9連接，即兩個車輪9分別經過左半軸8和右半軸11與差速器3的兩個半軸齒輪3-4相連。

調速電機5包括調速電機轉子5-1和調速電機定子5-2，調速電機轉子5-1的左端與內齒圈2-3連接，調速電機定子5-2、調速電機轉子5-1的右端與調速旋變6連接，調速電機5的電機殼體左側與主電機右蓋1-5連接，調速電機5的電機殼體右側與右橋殼10連接。

調速旋變6包括調速旋變轉子6-2和調速旋變定子6-1，調速旋變轉子6-2與調速電機轉子5-1連接，調速旋變定子6-1、調速電機定子5-2均與右橋殼10連接。

主旋變4包括主旋變轉子4-1和主旋變定子4-2，主旋變轉子4-1和主電機轉子1-2同軸與主電機軸1-6連接，主旋變定子4-2與主電機左蓋1-4連接。

主電機定子1-1、主旋變定子4-1、調速電機定子5-2、調速旋變定子6-1通過左橋殼7和右橋殼10與車架相連，相對車架固定。

本發明一種電動車驅動橋中，主旋變4和主電機1組成伺服主電機系統，通過伺服驅動控制器實現調速和換向；調速旋變6和調速電機5組成伺服調速電機系統，同樣通過伺服驅動控制器實現調速和換向。

主電機1和調速電機5的類型和功率大小的選用可以相同，也可以不相同，主電機1和調速電機5的角色可以互換。

本發明一種電動車驅動橋的工作原理是：主電機1的動力直接輸出至行星輪系2中的中心輪2-1，調速電機5的動力輸出至行星輪系2中的內齒圈2-3，行星輪系2中的行星架2-4直接與差速器3相連，形成主電機1和調速電機5采用不同組合方式進行輸入，驅動差速器3工作，將動力經差速器3、左半軸8、右半軸11傳動至兩個車輪9；主旋變4作為主電機1的伺服檢測裝置，與主電機1形成一個伺服電機系統，通過驅動控制器實現主電機1的啟停、調速和正反轉，同樣調速旋變6和調速電機5形成一個伺服調速電機系統，通過驅動控制器實現調速電機5的啟停、調速和正反轉。

本發明一種電動車驅動橋的驅動調速方法，啟動時，調速電機5不輸出動力，主電機1的動力輸出經差速器3輸出至左半軸8和右半軸11，最后驅動車輪9轉動；

加速或爬坡時，主電機1和調速電機5一起工作，兩個電機的輸出功率經行星輪系2疊加之后，再經差速器3輸出至左半軸8和右半軸11，最后驅動車輪9轉動；

在制動或下坡時，主電機1和調速電機5一起工作，調速電機5反轉，兩個電機的輸出功率經行星輪系2相減之后，經差速器3輸出至左半軸8和右半軸11，最后驅動車輪9轉動。

本發明一種電動車驅動橋的具體工作過程是：

主電機轉子1-2通過鍵固定連接在主電機軸1-6上，行星輪系2的中心輪2-1在主電機軸1-6的軸端，主電機1直接通過中心輪2-1輸出動力；調速電機5的調速電機轉子5-1與行星輪系2的內齒圈2-3直接相連，調速電機5直接通過內齒圈2-3輸出動力；差速器殼3-3直接與行星輪系2的行星架2-4連接，行星架2-4直接將動力輸入至差速器3；差速器3通過兩個半軸齒輪3-4將動力傳輸至左半軸8和右半軸11，從而驅動兩個車輪9轉動。

當電動汽車啟動時，主電機1加電不轉動，則行星輪系2的中心輪2-1固定不動，調速電機5加電啟動，調速電機轉子5-1帶動內齒圈2-3轉動，動力經內齒圈2-3、行星輪2-2、行星架2-4、差速器殼3-3輸入至差速器3，差速器3通過兩個半軸齒輪3-4將動力傳輸至左半軸8和右半軸11，從而驅動車輪9轉動，電動汽車啟動。

當電動汽車正常行駛時，調速電機5加電不轉動，則行星輪系2的內齒圈2-3固定不動；主電機1加電運行，帶動中心輪2-1轉動，動力經過中心輪2-1、行星輪2-2、行星架2-4、差速器殼3-3將動力輸入至差速器3，差速器3通過兩個半軸齒輪3-4將動力傳輸至左半軸8和右半軸11，從而驅動車輪9轉動。

當電動汽車加速或者爬坡時，主電機1和調速電機5同時加電運轉，且主電機1和調速電機5的轉動方向相反；主電機1的動力從行星輪系2的中心輪2-1輸入，調速電機5的動力經內齒圈2-3輸入，兩路動力相加之后經行星架2-4、差速器殼3-3輸入至差速器3，差速器3通過兩個半軸齒輪3-4將動力傳輸至左半軸8和右半軸11，從而驅動車輪9轉動。由于兩個電機的輸出功率疊加之后，輸入動力增強，達到加速的目的。

當電動汽車制動時，主電機1和調速電機5同時加電運轉，且主電機1和調速電機5的轉動方向相同；主電機1的動力從行星輪系2的中心輪2-1輸入，調速電機5的動力從內齒圈2-3輸入，兩路動力相減之后經行星架2-4、差速器殼3-3將動力輸入至差速器3，差速器3通過兩個半軸齒輪3-4將動力傳輸至左半軸8和右半軸11，從而驅動車輪9轉動。由于兩個電機的輸出動力相減，則供給汽車的輸入動力減小，起到降速的目的。

本發明一種電動車驅動橋及其驅動調速方法的突出特點：

一、通過電機伺服驅動控制器中的不同控制策略就可以實現主電機1和調速電機5的聯合運轉或者分時運轉，通過兩個設計功率較小的電機組合，可以適應不同的行駛工況，可以最大限度的降低能耗、減少發熱損耗；

二、主電機1、行星輪系2和差速器3依次串聯在兩個驅動輪之間，尤其是差速器3內嵌在調速電機5中，主電機軸1-6采用空心階梯齒輪軸結構，主電機軸1-6的端部直接固定中心輪2-1；行星輪系2的內齒圈2-3和調速電機5的調速電機轉子5-1連成一體，行星架2-4與差速器殼3-3連接在一起。采用如上集成方法，在主電機1、行星輪系2、差速器3和調速電機5之間不需要聯軸器，支承的軸承數、殼體和緊固件等零件的數量大為減少，是電機直驅的一種合理結構。

三、行星輪系2將主電機1、調速電機5和差速器3連接在一起，一方面起到動力的組合的目的，同時可以實現從主電機1和調速電機5到差速器3的轉速和扭矩的變換。